變壓吸附工藝分析

《變壓吸附工藝分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、變壓吸附工藝分析變壓吸附（PSA）技術是近3多年來發(fā)展起來的一項新型氣體分離與凈化技術。變壓吸附（PSA）氣體分離裝置中的吸附主要為物理吸附。變壓吸附氣體分離工藝過程的實現(xiàn)主要是依靠吸附劑在吸附過程中所具有的兩個基本性質(zhì)：一是對不同組分的吸附能力不同，而是吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附容量隨吸附質(zhì)的分壓上升而增加，隨吸附溫度的上升而下降。利用吸附劑的第一個特性，實現(xiàn)了對混合氣體中某些組分的分離、提純；利用吸附劑的第二個性質(zhì)，實現(xiàn)吸附劑在低溫高壓下吸附、在高溫低壓下解吸再生。一.基本原理任何一種吸附對于同一被吸附氣體（吸附質(zhì)）來說，在吸附平

2、衡情況下，溫度越低，壓力越高，吸附量越大。反之，溫度越高，壓力越低，則吸附量越小。因此，氣體的吸附分離方法，通常采用變溫吸附或變壓吸附兩種循環(huán)過程。如果壓力不變，在常溫或低溫的情況下吸附,用高溫解吸的方法,稱為變溫吸附（簡稱TSA）。顯然，變溫吸附是通過改變溫度來進行吸附和解吸的。變溫吸附操作是在低溫（常溫）吸附等溫線和高溫吸附等溫線之間的垂線進行，由于吸附劑的比熱容較大，熱導率（導熱系數(shù)）較小，升溫和降溫都需要較長的時間，操作上比較麻煩，因此變溫吸附主要用于含吸附質(zhì)較少的氣體凈化方面。如果溫度不變，在加壓的情況下吸附，用減壓（抽

3、真空）或常壓解吸的方法，稱為變壓吸附。變壓吸附操作由于吸附劑的熱導率較小,吸附熱和解吸熱所引起的吸附劑床層溫度變化不大，故可將其看成等溫過程，它的工況近似地沿著常溫吸附等溫線進行，在較高壓力下吸附，在較低壓力下解吸。變壓吸附既然沿著吸附等溫線進行，從靜態(tài)吸附平衡來看，吸附等溫線的斜率對它的是影響很大的。吸附常常是在壓力環(huán)境下進行的，變壓吸附提出了加壓和減壓相結合的方法，它通常是由加壓吸附、減壓再組成的吸附一解吸系統(tǒng)。在等溫的情況下，利用加壓吸附和減壓解吸組合成吸附操作循環(huán)過程。吸附劑對吸附質(zhì)的吸附量隨著壓力的升高而增加，并隨著壓力

4、的降低而減少，同時在減壓（降至常壓或抽真空）過程中，放出被吸附的氣體，使吸附劑再生，外界不需要供給熱量便可進行吸附劑的再生。因此，變壓吸附既稱等溫吸附，又稱無熱再生吸附。在實際生產(chǎn)中根據(jù)原料氣的組成、壓力機產(chǎn)品凈化要求的不同可選擇PSA、TSA或PSA+TSA工藝。變壓吸附根據(jù)降壓解吸方式的不同分為兩種工藝：PSA與真空變壓吸附（VPSA）。在實際生產(chǎn)種，究竟采用何種吸附工藝，主要根據(jù)原料氣的組成性質(zhì)、壓力、流量、產(chǎn)品的要求等決定。變壓吸附（PressureSwingAdsorption）分離技術是一種低能耗的氣體分離技術。變壓吸

5、附（PSA）X藝所要求的壓力一般在0.1-2.5MPa,允許壓力變化范圍較寬，一些有壓力的氣源，如氨廠弛放氣、變換氣等，本身的壓力可滿足變壓吸附（PSA）X藝的要求，可省去再次加壓的能耗。對于處理這類氣源，PSA制氫裝置的消耗僅是照明、儀表用電及儀表空氣的消耗，能耗很低；PSA裝置壓力損失很小，一般不超過o.05MPa。變壓吸附循環(huán)是吸附和再生的循環(huán)，吸附過程是吸附劑在加壓時吸附混合氣中的某些組份，未被吸附組份通過吸附器層流出，當吸附劑被強吸附組分飽和以后，吸附塔需要進入再生過程，也就是解吸或脫附過程。在變壓吸附過程中吸附器內(nèi)吸附

6、劑解吸是依靠降低雜質(zhì)分壓實現(xiàn)的，在工業(yè)裝置上可以采用的方法有：1）降低吸附器壓力（泄壓）2）對吸附器抽真空3）用產(chǎn)品組分沖洗1常壓解吸：升壓過程（A-B）:經(jīng)逆放解吸再生后的吸附器處于過程的最低壓力P1、床內(nèi)雜質(zhì)吸留量為Q1（A點）.在此條件下用產(chǎn)品組分升壓到吸附壓力P3,床內(nèi)雜質(zhì)吸留量Q1不變（B點）.吸附過程（B-C）:在恒定的吸附壓力下原料氣不斷進入吸附器，同時輸出產(chǎn)品組分.吸附器內(nèi)雜質(zhì)組分的吸留量逐步增加，當?shù)竭_規(guī)定的吸留量Q3時（C點）停止進入原料氣，吸附終止.此時吸附器內(nèi)仍預留有一部分未吸附雜質(zhì)的吸附劑仗口吸附劑全部被

7、吸附雜質(zhì)，吸留量可為Q4,C，點）。順放過程（C-D）:沿著進入原料氣輸出產(chǎn)品的方向降低壓力，流出的氣體仍為產(chǎn)品組分，用于別的吸附器升壓或沖洗.在此過程中,隨床內(nèi)壓力不斷下降，吸附劑上的雜質(zhì)被不斷解吸，解吸的雜質(zhì)又繼續(xù)被未充分吸附雜質(zhì)的吸附劑吸附，因此雜質(zhì)并未離開吸附器，床內(nèi)雜質(zhì)吸留量Q3不變.當吸附器降壓到D點時，床內(nèi)吸附劑全部被雜質(zhì)占用，壓力為P2。逆放過程(D-E):開始逆著進入原料氣輸出產(chǎn)品的方向降低壓力，直到變壓吸附過程的最低壓力P1(通常接近大氣壓力)，床內(nèi)大部分吸留的雜質(zhì)隨氣流排出器外，床內(nèi)雜質(zhì)吸留量為Q2。沖洗過程

8、(E-A):根據(jù)實驗測定的吸附等溫線，在壓力P1下吸附器仍有一部分雜質(zhì)吸留量，為使這部分雜質(zhì)盡可能解吸，要求床內(nèi)壓力進一步降低.在此利用別的吸附器順向降壓過程排出的產(chǎn)品組分，在過程最低壓力P1下進行逆向沖洗不斷降低雜質(zhì)分壓使雜質(zhì)解吸并隨沖洗氣帶出吸